本发明涉及一种立体打印方法。
背景技术：
随着科技的日益发展，许多利用逐层建构模型等加成式制造技术(additivemanufacturingtechnology)来建造物理三维(three-dimensional,3-d)模型的不同方法已纷纷被提出。一般而言，加成式制造技术是将利用电脑辅助设计(computer-aideddesign,cad)等软件建构的3-d模型的设计数据转换为连续堆叠的多个薄(准二维)横截面层。
目前已发展出许多可以形成多个薄横截面层的方式。举例来说，在液态成型材中设置移动平台，并依据3-d模型的设计数据建构的x-y-z坐标驱动光源沿着x-y坐标移动照射液态成型材，从而将液态成型材固化出正确的横截面层形状。接着，随着移动平台沿z轴移动，液态成型材便可在逐层固化及堆叠的状态下进而形成立体目标。
技术实现要素：
本发明是针对一种立体打印装置的立体打印方法，以确保立体目标的打印尺寸。
根据本发明的实施例，立体打印方法适用于立体打印装置以打印出立体目标。所述立体目标包括至少一成形层。立体打印装置包括平台、喷头模块、滚轮与固化模块。立体打印方法包括：依据立体目标的设计数据设定滚轮相对于平台的初始高度，且设定滚轮相对于平台的高度移动间距，其中初始高度与高度移动间距等于成形层的厚度的正整数倍；以喷头模块在平台上喷涂至少一层液态成型材；以固化模块将至少一层液态成型材固化为第一成形层；以喷头模块在第一成形层上喷涂至少一层液态成型材；以及以滚轮抹平在第一成形层上的至少一层液态成型材。
基于上述，立体打印方法通过对缩水的第一成形层提供额外的补偿动作，也就是在第一成形层上再行喷涂液态成型材，而以此作为补偿厚度不足之处，同时也因此能有效地整平第一成形层顶部的表面轮廓并改善其平整度(移除多余部分的同时也补平不足的部分)，因此能让立体打印装置顺利地在打印出立体目标的过程中却表每一个成形层组的厚度及质量，而提供较便利的控制方法即能克服材料及相关构件的组装公差以及固化条件所造成的不良影响。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是依据本发明一实施例的一种立体打印装置的示意图；
图2是对应图1的立体打印装置的立体打印方法的流程图；
图3a至图3e分别示出立体打印装置的局部示意图；
图4示出本发明另一实施例的立体打印方法的流程图；
图5示出图4所示流程的其中一状态的局部示意图。
附图标记说明：
100：立体打印装置；
200：立体目标；
110：喷头模块；
120：滚轮；
130：控制模块；
140：固化模块；
150：整合机构；
160：平台；
{am}：第一成形层；
{bn}：第二成形层；
{cp}、c1、c2、…、cp：成形层组；
{kl}：液态成型材；
s01、s02、s1～s8、s11～s17：步骤；
h1、h2、h3：厚度；
c：棱角；
r：圆角；
x-y-z：直角坐标。
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明在附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
图1是依据本发明一实施例的一种立体打印装置的示意图。图2是对应图1的立体打印装置的立体打印方法的流程图。同时提供直角坐标x-y-z以利进行构件描述，其中以平台160的表面与x-y平面一致。同时参考图1与图2，在本实施例中，立体打印装置100包括平台160、喷头模块110、滚轮120、固化模块140以及控制模块130，其中喷头模块110、滚轮120与固化模块140设置在平台160上方，且控制模块130电性连接喷头模块110、滚轮120与固化模块140。在此，立体打印装置100例如是立体光刻(stereolithography,sl)装置或数字光处理(digitallightprocessing,dlp)装置，以通过控制模块130驱动喷头模块110与滚轮120在平台160上提供(喷涂)液态成型材，例如是光敏树脂，而后再通过控制模块130驱动固化模块140，例如是(紫外)光固化装置，以对平台160上的液态成型材提供光照以而达到固化效果，并进而逐层叠置已固化的成形层组而印出立体目标，以完成本实施例所需的立体打印作业。
然现有技术受限于机构组装公差及自身精度等因素，因此并不容易控制固化后的成形层的厚度，尤其在光敏树脂经光照而固化的过程中，常伴随体积的缩减，同时也因光照条件与环境的差异而无法方便地控制每一层成形层的厚度，因此需以有效的控制方法来解决所述问题。
基于上述，本实施例在立体打印方法中提供足以克服前述问题的手段。图3a至图3e分别示出立体打印装置的局部示意图，以描述本实施例的立体打印方法。参考图2并逐一对照图3a至图3e。
首先，在步骤s01中，依据立体目标的设计数据而对滚轮120相对于平台160的初始高度，以及滚轮120相对于平台160的高度移动间距进行设定，其中所述初始高度与所述高度移动间距等于成形层的厚度的正整数倍。也就是说，需先行从立体目标的设计数据中，依据所述成形层的层数设定滚轮120相对平台160的高度，而后，滚轮120将以所述高度逐次(循环地)远离平台160，后续会有进一步描述。
接着，在步骤s1与步骤s2，对照图3a，通过控制模块130驱动喷头模块110在平台160上喷涂至少一层液态成型材，并通过控制模块130驱动固化模块140将所述液态成型材光照而固化，以形成第一成形层{am}，其中m是正整数。在理想状态下，第一成形层{am}应具备固定厚度，以利于使用者只要逐层提供并固化的第一成形层{am}，即能完成立体目标的打印。然而如前述，受限于液态成型材在固化过程中所可能产生缩水的情形，因此如图3a所示，固化后的第一成形层{am}的厚度h1实际上是小于预期的厚度h2。此处及后续所提及的厚度与高度，均是指沿z轴的尺寸而言。另需提及的是，在喷涂用以形成第一成形层{am}的液态成型材时，滚轮120仍需以所述高度先行对液态成型材进行抹平。
在此，将立体目标200视为由成形层组{cp}所构成(从平台160的表面开始算起为c1、c2、…、cp)，其中p是正整数，因此每一个成形层组c1、c2、…、cp的厚度应为所述预期厚度h2。
因此，本实施例接着在步骤s3，对照图3b，通过控制模块130驱动喷头模块110在第一成形层{am}之上喷涂至少一层液态成型材(在此以液态成型材{kl}表示，其中l为正整数)，而使第一成型层{am}与液态成型材{kl}达到厚度h3，厚度h3大于厚度h1，且厚度h3大于厚度h2。接着，在步骤s4中，对照图3c，通过控制模块130驱动滚轮120抹平液态成型材{kl}，而使第一成型层{am}与被抹平(剩余)的液态成型材达到厚度h2。而后，在步骤s5中，对照图3d，通过控制模块130同步提升喷头模块110与滚轮120相对于平台160的高度，并在步骤s6中，通过控制模块130驱动喷头模块110在前述抹平后的液态成型材上继续喷涂另外至少一层液态成型材，而在步骤s7中，通过控制模块130驱动固化模块140对抹平后的液态成型材集合及其上的另外至少一层液态成型材进行固化，而使抹平后的液态成型材能顺利固化为第二成型层{bn}，并与前述第一成型层{am}结合为成型层组(如图示，若以位于平台160表面的第一个成型层组c1为例)，且所述另外至少一层液态成型材被固化为另一成型层组(承上例，应为成型层组c2)的第一成型层{am}，其中n是正整数，且m>n。值得一提的是，所述第一成型层{am}即为基础成型层，而所述第二成型层{bn}即为补偿成型层，也就是说，基础成型层与补偿成型层的结合方为设计数据中所预期的成型层，而后以重复动作进行不同层的成型层的打印直至完成立体目标，其中滚轮120在同一个循环中是以相同的高度分别对基础成型层与补偿成型层进行抹平的动作，而后以所述高度为间距逐步远离平台160。
进一步地说，本实施例在步骤s3所采措施即是在缩水的第一成型层{am}上再次喷涂液态成型材{kl}，其中l小于m，也就是相当于提供液态成型材{kl}作为补偿第一成形层{am}的厚度不足处，同时，也用以对第一成形层{am}的顶部的平整度与表面轮廓的缺陷提供有效地改善。由于仅需克服上述缺陷，因此液态成型材{kl}毋须达到如第一成形层{am}一样的层数与厚度，仅需让第一成形层{am}与液态成型材{kl}的厚度和(即厚度h3)略大于前述的预期厚度h2即可。在本实施例中，第一成形层{am}约计15层(a1、a2、...、a15)，而液态成型材{kl}仅需约计3层(k1、k2、k3)，即能达到所需的补偿效果，但并不以此为限，其需视液态成型材的材质与固化模块140的所提供的光照效果以及环境等因素而定。也因为如此，本实施例故能在后续的步骤s4以滚轮120顺利地将液态成型材{kl}高出厚度h2的部分予以移除，而让第一成形层{am}与剩余的液态成型材得以确保预期的厚度h2。在此，滚轮120相对于平台160的高度低于喷头模块110相对于平台160的高度，且滚轮120相对于平台160的高度等于成形层组c1的厚度，而控制模块130每次驱动喷头模块110及滚轮120所达到的提升高度也同样等于成形层组c2、…、cp的任一厚度。此举让滚轮120与喷头模块110均以固定的高度间距(即每一成形层组的厚度)逐渐远离平台160。同时，喷头模块110对于喷涂出液态成型材的能力也高于每一成形层组的厚度，以使喷头模块110在每一高度间距均能无碍地喷涂完一个成形层组。
此外，滚轮120与喷头模块110是彼此同步，以顺利地进行如上述的高度提升，且特别的是，喷头模块110在平台160上形成第一正投影轮廓，滚轮120在平台160上形成第二正投影轮廓，且在喷头模块110相对于平台160移动过程中，所述第一正投影轮廓与所述第二正投影轮廓保持固定间距。也就是说，喷头模块110与滚轮120在平台160上的x-y平面上的移动过程中不会产生相对运动。其中较佳的是，参考图1，本实施例的立体打印装置100还包括整合机构150，以让喷头模块110与滚轮120同设置在整合机构150上，且使控制模块130电性连接至整合机构150而据以驱动。如此一来，便能顺利地达到让喷嘴模块110与滚轮120同步移动的效果。
另一方面，请参考图3c与图3d，前述液态成型材{kl}被滚轮120抹平后的剩余部分，便成为用以补足第一成形层{am}的不足之处。而值得注意的是，本实施例是在图3d所示时机另行驱动固化模块140(图中未示出)将被抹平的液态成型材(在图3c以虚线标线表示其尚未固化)以及属于成形层组c2的第一成形层{am}同时固化。在此，由于固化模块140所提供的固化能量大于固化一个成形层组所需能量，且由于光敏树脂对于光照固化是采连锁反应，即彼此相邻的两个部分，会因固化其中一部分而间接固化至另一部分，因此能顺利地在步骤s7中同时完成成形层组c1的第二成形层{bn}与成形层组c2的第一成形层{am}的固化动作。
如此一来，最终在步骤s8中便能通过重复前述步骤s3至s7，而重复地且交错地堆叠第二成形层{bn}与第一成形层{am}，直至完成成形层组{cp}而打印出立体目标200，如图3e所示。由此类推，在堆叠成形层组的过程中也如前述成形层组c1与成形层组c2，也即让前一组成形层(例如cs)的补偿层(固化后的第二成形层集合{bn})是与后一组成形层(例如cs+1)的第一成形层{am}一同被固化，其中s为正整数且s+1小于或等于p。
另需提及的是，如图3所示状态下的液态成型材尚未固化，因此仍保有一定的流动性，而让固化后的第二成形层{bn}的截面具有圆角r。
图4示出本发明另一实施例的立体打印方法的流程图。图5示出图4所示流程的其中一状态的局部示意图。请同时参考图4与图5，在本实施例中，所述流程同样适用于图1的立体打印装置100，其中同于前述步骤s01，而在步骤s02中，先行依据立体目标的设计数据而对滚轮120相对于平台160的初始高度，以及滚轮120相对于平台160的高度移动间距进行设定，其中所述初始高度与所述高度移动间距等于成形层的厚度的正整数倍；而步骤s11至步骤s14所示内容如同前述步骤s1至步骤s4，因此便不再赘述。与前述实施例不同的是，当步骤s14完成抹平液态成型材{kl}之后，本实施例在步骤s15即驱动固化模块140对已抹平的液态成型材进行固化，而使其形成第二成形层{bn}并与第一成形层{am}结合为成形层组。之后，在步骤s16，便能驱动喷头模块110与滚轮120同步升高，以在步骤s17中重复前述步骤s11至步骤s16，而重复地且交错地堆叠第一成形层{am}与第二成形层{bn}，直至完成所述成形层组{cp}而打印出所述立体目标200，如图3e所示。
在此需提及的是，由于是在抹平完液态成型材集合{kl}后便立即对其进行固化，也就是在液态成型材流动之前便使其固化，因此使第二成形层{bn}的截面是具有棱角c，如图5所示。
综上所述，立体打印方法通过对缩水的第一成形层{am}提供额外的补偿动作，也就是在第一成形层{am}上再行喷涂液态成型材，而以此作为补偿厚度不足之处，同时也因此能有效地整平第一成形层{am}顶部的表面轮廓并改善其平整度，因此能让立体打印装置顺利地在打印出立体目标的过程中却表每一个成形层组的厚度及质量，而提供较便利的控制方法即能克服材料及相关构件的组装公差以及固化条件所造成的不良影响。
在其中一打印方法中，前一个成形层组的第二成形层{bn}能与后一个成形层组的第一成形层{am}一同被固化，因而让第二成形层{bn}的截面具有圆角，而使立体目标的表面较为圆润。在另一打印方法中，每喷涂作为第二成形层{bn}的液态成型材后，便立即对其进行固化，因此使第二成形层{bn}的截面具有棱角，而使立体目标具有较佳的轮廓对比。据此，使用者能依据立体目标的所需特色而采用对应的打印手段。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。